KR101554467B1 - 내연 기관의 하나의 모드에서 다른 모드로 배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연 기관의 스파크-점화 모드, 특히 SI 모드와 자기 점화 모드(self-ignition), 특히 CAI 모드 사이에서 배출-최적화된 을 위한 방법 및 상기 자동-점화 모드와 상기 내연 기관의 스파크-점화 모드 사이에서 배출-최적화된 이행을 위한 방법에 관한 것이다. 상기 내연 기관은 준비 단계에서 그리고 농후 혼합물(λ<1)에 의해 하나 이상의 실린더 사이클에서 시간적으로 상기 모드들의 전환 전에, 그리고 후속적으로, 희박 혼합물(λ>1)에 의해 하나 이상의 사이클의 상기 동일한 실린더에서 작동한다. 이후, 상기 내연 기관이 상기 자기 점화 모드에서 후속적으로 작동된다. 내연 기관의 자기 점화모드, 특히 CAI 모드와 상기 내연 기관의 스파크 점화 모드, 특히 SI 모드 사이의 배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법에 관한 것으로, 상기 모드들의 전환 단계에서 그리고 상기 자기 점화 모드의 마지막 사이클 동안 및/또는 상기 스파크 점화 모드의 제 1 사이클 동안, 연료가 상기 내연 기관의 하나 이상의 연소 챔버로 후분사된다.
Description
본 발명은 내연 기관의 스파크-점화 모드와 자기-점화 모드(self-ignition) 사이에서 배출-최적화된 모드 전환(transfer)을 하기 위한 방법 및 자기-점화 모드와 스파크-점화 모드 사이에서 배출-최적화된 모드 전환을 하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법을 수행할 수 있는 제어 장치에 관한 것이다.
최신 내연 기관은 상이한 작동 모드 - 소위 결합된 연소 프로세스 - 및 상이한 작동 전략을 포함할 수 있다. 따라서 적절하게 구비된 스파크-점화 엔진은 예를 들어, 층화 모드(tratified mode) 또는 균일화된 모드에서 작동될 수 있다. CAI-가능(Controlled Auto Ignition) 스파크-점화 엔진은 (제어된) 자기-점화 모드의 특정 작동 범위에서 작동할 수 있다. 이러한 작동 범위 밖에서, 스파크-점화 엔진의 공기-연료 혼합물은 SI 모드(spark ignition)에서 종래의 방식으로 스파크-점화된다. CAI-가능 스파크-점화 엔진과 유사한 방식으로, HCCI-가능(예혼합압축착화, Homogenous Charge Compression Ignition) 디젤 엔진은 균일한 공기-연료 혼합물의 연소를 허용하여, 연소가 전체 연소 챔버 내에서 거의 동시에 시작된다. 가변 밸브 트레인을 갖는 내연 기관은 상이한 작동 전략들 및/또는 파이널 스로틀링(final throttling), 예를 들어 소위 유입구의 조기 폐쇄(EIC 모드: Early Inlet Closing) 또는 소위 유입구의 늦은 폐쇄(LIC 모드 : Late Inlet Closing)를 허용한다.
모드 전환은, 특히 디지털 밸브 리프트 변경(digital valve lift changeover)이 이와 연결될 때 기술적 과제가 되고 있다. 이것은 예를 들어, 내연 기관의 SI 모드에서 CAI 모드로 전환될 때, 예를 들어 이전의 연소 사이클로부터의 배기 가스를 보유하는 것에 의해서, 균일하고 희박한 공기-연료 혼합물(lean air-fuel mixture)을 점화시키기 위한 CAI-연소 방법이 생성된 대량의 잔류 가스를 요구하기 때문에, 그러하다. 이것은 적절한 밸브 리프트 및 적절한 단계 위치(phase position)를 가진 유출구 캠샤프트의 상응하는 프로파일에 의해 달성된다. 이와 관련하여, 작은 밸브 리프트로의 변경(changeover)이 유출구 측에서 수행되고, 이에 의해 잔류 가스가 내연 기관의 해당 연소 챔버에 잔류한다. 또한 배기 가스 재순환에 의해 내연 기관의 해당 연소실로 잔류 가스를 이끄는 것이 가능하다.
편안함을 이유로, 원활하고 따라서 토오크의 관점에서 중립인 모드 전환이 바람직하다. 즉, 유효 엔진 토크가 모드 전환 전후에 일정하게 유지되어야 한다. SI 모드와 CAI 모드 사이에서 전환할 때, 이것은 다음과 같이 달성된다: CAI 모드에 대해 바람직한 흡기 매니폴드에서의 압력 수준을 달성하기 위해, 스로틀 플랩이 개방된다(파이널 스로틀링). 동시에, 일정한 공연비의 경우에, 주입되었던 여분의 유입 공기 및 연료로 인하여(EIC 모드) 발생된 엔진 토오크를 감소시키기 위해, 점화 각도가 지체된다. 점화의 지체는 배기 가스 온도의 현저한 증가를 가져온다. 종래의 SI 모드에서 간단히, 마찬가지로 스파크-점화되는, EIC 모드로 변경(changeover)되는 것에 의하면, 이러한 방법은 전체적으로 실행가능하다. 그러나, 상기 모드가 CAI 모드로 전환되어야 한다면, 배기 가스 온도는 모드 전환 전에 감소되어야 하는데, 그렇지 않으면 후속하는 CAI-연소가 너무 조기에 발생해서 높은 차지 온도(high charge temperature)를 야기하기 때문이다. 높은 차지 온도는 고온의 보유된 잔류 가스, 이끌려진 다량의 후레쉬 에어 및 주입되어진 다량의 연료의 혼합에 기인하여 발생한다.
공기-연료 혼합물의 너무 빠른 점화는 내연 기관의 노킹(knocking)을 야기하고, 이는 내연 기관을 보호하기 위해 어떻게 해서든 피해져야만 한다. 노이즈 배출 또한 노킹에 의해 발생된다. 더 적은 연료가 EIC 모드로 분사되는 것과 토오크를 보상하기 위해 분사 각도가 전진되는 것에 의해서 그 구제가 제공된다. 그 결과, 공기-연료 혼합물은 희박한 방향으로 시프팅된다. 이것은, 그러나, 연소하는 동안 발생된 질소 산화물의 증가를 야기한다. CAI-연소 엔진은 일반적으로 SCR-촉매 전환기를 갖는 것이 아니라 종래의 삼원 촉매 컨버터를 갖기 때문에, SI 모드에서 CAI 모드로의 각각의 전환은 (질소 산화물) 배출의 단점을 가져온다. 내연 기관의 배출 동작은 따라서 장기간에 걸쳐 나쁜 영향을 준다. 또한, CAI 모드와 SI 모드 사이의 전환은, 내연 기관의 화학양론적 작동(stoichiometric operation, SI 모드)에 대해, CAI 모드의 희박한 잔류 가스가 발생되어 해당 연소 챔버로부터 제거되어야 하기 때문에 내연 기관의 부정적인 배출 동작을 가져온다.
모드 전환은, 특히 디지털 밸브 리프트 변경(digital valve lift changeover)이 이와 연결될 때 기술적 과제가 되고 있다. 이것은 예를 들어, 내연 기관의 SI 모드에서 CAI 모드로 전환될 때, 예를 들어 이전의 연소 사이클로부터의 배기 가스를 보유하는 것에 의해서, 균일하고 희박한 공기-연료 혼합물(lean air-fuel mixture)을 점화시키기 위한 CAI-연소 방법이 생성된 대량의 잔류 가스를 요구하기 때문에, 그러하다. 이것은 적절한 밸브 리프트 및 적절한 단계 위치(phase position)를 가진 유출구 캠샤프트의 상응하는 프로파일에 의해 달성된다. 이와 관련하여, 작은 밸브 리프트로의 변경(changeover)이 유출구 측에서 수행되고, 이에 의해 잔류 가스가 내연 기관의 해당 연소 챔버에 잔류한다. 또한 배기 가스 재순환에 의해 내연 기관의 해당 연소실로 잔류 가스를 이끄는 것이 가능하다.
편안함을 이유로, 원활하고 따라서 토오크의 관점에서 중립인 모드 전환이 바람직하다. 즉, 유효 엔진 토크가 모드 전환 전후에 일정하게 유지되어야 한다. SI 모드와 CAI 모드 사이에서 전환할 때, 이것은 다음과 같이 달성된다: CAI 모드에 대해 바람직한 흡기 매니폴드에서의 압력 수준을 달성하기 위해, 스로틀 플랩이 개방된다(파이널 스로틀링). 동시에, 일정한 공연비의 경우에, 주입되었던 여분의 유입 공기 및 연료로 인하여(EIC 모드) 발생된 엔진 토오크를 감소시키기 위해, 점화 각도가 지체된다. 점화의 지체는 배기 가스 온도의 현저한 증가를 가져온다. 종래의 SI 모드에서 간단히, 마찬가지로 스파크-점화되는, EIC 모드로 변경(changeover)되는 것에 의하면, 이러한 방법은 전체적으로 실행가능하다. 그러나, 상기 모드가 CAI 모드로 전환되어야 한다면, 배기 가스 온도는 모드 전환 전에 감소되어야 하는데, 그렇지 않으면 후속하는 CAI-연소가 너무 조기에 발생해서 높은 차지 온도(high charge temperature)를 야기하기 때문이다. 높은 차지 온도는 고온의 보유된 잔류 가스, 이끌려진 다량의 후레쉬 에어 및 주입되어진 다량의 연료의 혼합에 기인하여 발생한다.
공기-연료 혼합물의 너무 빠른 점화는 내연 기관의 노킹(knocking)을 야기하고, 이는 내연 기관을 보호하기 위해 어떻게 해서든 피해져야만 한다. 노이즈 배출 또한 노킹에 의해 발생된다. 더 적은 연료가 EIC 모드로 분사되는 것과 토오크를 보상하기 위해 분사 각도가 전진되는 것에 의해서 그 구제가 제공된다. 그 결과, 공기-연료 혼합물은 희박한 방향으로 시프팅된다. 이것은, 그러나, 연소하는 동안 발생된 질소 산화물의 증가를 야기한다. CAI-연소 엔진은 일반적으로 SCR-촉매 전환기를 갖는 것이 아니라 종래의 삼원 촉매 컨버터를 갖기 때문에, SI 모드에서 CAI 모드로의 각각의 전환은 (질소 산화물) 배출의 단점을 가져온다. 내연 기관의 배출 동작은 따라서 장기간에 걸쳐 나쁜 영향을 준다. 또한, CAI 모드와 SI 모드 사이의 전환은, 내연 기관의 화학양론적 작동(stoichiometric operation, SI 모드)에 대해, CAI 모드의 희박한 잔류 가스가 발생되어 해당 연소 챔버로부터 제거되어야 하기 때문에 내연 기관의 부정적인 배출 동작을 가져온다.
내연 기관의 스파크-점화 모드 및 자기-점화 모드 사이의 모드 전환에 대한 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 내연 기관의 자기-점화 모드와 스파크-점화-모드 사이의 모드 전환에 대한 개선된 방법을 제공하는 것을 추가적인 목적으로 한다. 따라서 두 모드들, 특히 SI 모드와 CAI 모드 사이의 전환은 양방향으로, 특히 배출량의 관점에서 중립인 방식으로 배출-최적화된 방식으로 발생하도록 의도된다. 즉, 가능한 추가적인 오염 물질 배출이 생성되지 않도록 의도된다. 또한, 본 발명에 따른 내연 기관의 두 모드 사이의 전환은 토오크의 관점에서 중립인 방식으로 수행되도록 의도된다.
본 발명의 목적은 청구항 1에서 내연 기관의 2개 모드 사이의 배출 최적화된 변경을 위한 방법 및 제 12 항에서 내연 기관의 2개 모드 사이의 배출 최적화된 스위치-백(switch-back)을 위한 방법에 의해 달성된다. 본 발명은 또한 청구항 33에서 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 제어 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따라, 스파크-점화 모드, 특히 내연 기관의 SI 모드로부터 자기-점화모드, 특히 상기 내연 기관의 CAI 모드 사이로의 모드 전환을 위해, 배기 가스 온도가 상기 모드들 사이에서 전환(transfer) 및 변경(changeover) 전에 감소되어져야 한다. 이것은 내연 기관의 연소 챔버에서 공기-연료 혼합물을 더 희박하게 만드는 것에 의해 수행된다. 배기 가스에서 질소 산화물 피크를 피하기 위해, 상기 희박하게 만드는 것이 시간적으로 하나 이상의 농후 사이클 전에 배치되고, 이것은 질소 산화물의 감소를 야기한다. 본 발명에 따르면, 모드 전환 전의 준비 단계에서 내연 기관의 모든 실린더에서 하나 이상의 사이클이 농후 혼합물에 의해 작동되고 후속하여 하나 이상의 사이클이 희박 혼합물에 의해 작동된다. 바람직하게는, 직후에 내연 기관은 이어서 자기-점화 모드로 전환된다.
이 방법의 실질적인 장점은 스파크-점화 모드, 특히 SI 모드로부터 자기-점화 모드, 특히 CAI 모드 사이로의 전환이 배출의 관점에서 배출-최적화 및/또는 중립적인(neutral) 방식으로 수행된다는 것이다. 즉, 모드 전환 시에 거의 오염물 배출이 생성되지 않거나 또는 어떠한 추가적인 오염들 배출도 생성되지 않는다. 전환을 준비할 때 불가피하게 생성된 질소 산화물들은, 배출 매니폴드에서의 -즉, 촉매 변환기 또는 심지어 촉매 변환기의 상류에서의- 농후 연소에 의해서 탄화 수소 및 일산화탄소 성분들이 특정하게 형성되는 것에 의해서, 이미 이전에 감소되어진다. 따라서 모드 전환 시에 요구되는 토오크 중립성에 관한 제한은 존재하지 않는다.
본 발명에 따르면, 스파크-점화 SI 모드로부터 자기-점화 CAI 모드로의 변경 동안, 연소 기술(오염물 배출, 노킹(knocking))이 관계되는 한, 내연 기관의 배기 가스 온도는 시간적으로 변경 전에 적어도 마지막 사이클에서 감소된다. 그 결과, 내연 기관으로부터 질소 산화물의 방출이 증가한다. 본 발명에 따르면, 이러한 희박 사이클이, 배기 가스 온도의 큰 감소 및/또는 가능한 큰 감소를 달성하기 위해, 높은 수준의 과도 공기, 특히 가능한 높은 수준의 과도 공기에 의해서 실행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 희박 사이클 전에 적어도 하나의 연소 사이클이 농후 사이클로서 의도적으로 실행되어서, 농후 사이클(들)의 오염물 배출에 의해 희박 사이클의 오염물 배출을 보상한다.
본 발명에 따른 복수의 이전 농후 사이클에 의해 시간 경과에 따라 증가하는 농축이 발생하는데, 이에 의해서 가장 농후한 사이클이 상기 적어도 하나의 희박 사이클에 시간적으로 가능한 가까워지고 이로써 배기 매니폴드 및 내부에 포함된 촉매 변환기에서 반응물들(연료 배출물들)의 효율적인 혼합을 위한 요구사항들이 충족된다. 준비 단계에서, 적어도 하나의 희박 사이클이 하나의 농후 사이클 또는 가능한 많은 수의 복수의 농후 사이클들에 후속하고, 준비 단계에서 모든 사이클들의 평균 람다 값이 약 0.99 내지 약 1.00이 되는 것이 바람직하다. 따라서 해당 농후 및 희박 사이클들의 수는 배기 가스 세정 시스템의 저장 용량에 상당히 의존하고, 특히 농후 사이클들에 대해 10 내지 20 만큼 많을 수 있다. 그러나, 바람직하게 최대 5 개의 농후 및 최대 3 개의 희박 사이클들이 선호된다.
내연 기관의 자기-점화모드, 특히 CAI 모드로부터 스파크-점화 모드, 특히 SI 모드로 전환되는 것에 대해, 상기 내연 기관의 모드들 사이 전환 단계의 적어도 하나의 사이클에서, 후분사가 상기 내연 기관의 연소 챔버 내로 발생한다. 본 발명에 따른 이러한 농축에 의해, 특히 전환 단계의 희박 및/또는 다소 농후 사이클에 의해, 질소 산화물 피크가 다시 회피되는데, 하류에 배치된 농후 사이클들에 의해 질소 산화물 피크가 방지되어 질소 산화물의 결과적인 감소를 가져오기 때문이다. 바람직하게는 후분사는 시간적으로 자기 분사 이후에, 특히 마지막 자기 분사 직후에 발생한다. 바람직하게는 후분사는 시간적으로 첫번째 스파크-점화 전에 발생한다.
본 발명에 따라 스파크-점화 모드로 다시 스위칭되는 것으로부터 장점들이 나타난다. 농후 및/또는 더 농후한 혼합물의 형태로 추가적인 연료가 특정하게 유입되는 것에 의해서, 촉매 변환기는 자기-점화 모드 이후에 농축된 산소를 제거한다. 동시에, 마지막 자기-점화 연소 동안 생성된 질소 산화물들이 중화된다.
본 발명에 따른 후분사 또는 모드들 사이의 전환 단계에서의 농축은 전환 단계의 하나 또는 복수의 사이클들에서 실행될 수 있다. 이것은 예를 들어, 자기-점화 모드의 마지막 사이클에서, 스파크-점화 모드의 제 1 사이클에서 또는 스파크-점화 모드의 복수의 제 1 사이클들에서 수행될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 연소 챔버에서의 후분사 대신에, 자기-점화 모드의 이전 희박 사이클(들)이 오염물들의 관점에서 보상될 수 있도록, 스파크-점화 모드에서 상응하게 농후하게 제 1 사이클(들)을 실행하는 것이 가능하다. 따라서 해당 농후 및 희박 사이클들의 수는 배기 가스 세정 시스템의 저장 용량에 상당히 의존한다.
본 발명에 따르면, 모드들 사이의 전환 단계는 자기-점화모드의 적어도 하나의 희박 사이클 및 스파크-점화 모드의 하나의 농후 사이클 또는 복수의 농후 사이클들로 구성된다. 본 발명에 따르면, 전환 단계의 평균 람다값이 바람직하게는 약 0.95 내지 0.99의 값을 갖도록, 전환 단계의 희박 및 농후 사이클(들)이 서로 조절된다.
자기-점화 CAI 모드로부터 스파크-점화 SI 모드로의 본 발명에 따른 모드 변경 동안, 후분사가 바람직하게는 CAI 모드의 첫번째 사이클에서 및/또는 적어도 하나의 후속 사이클(SI모드/ EIC모드)에서 발생하여, 잔류 산소가 연료 성분들의 산화에 의해 흡수된다. 이 경우, 연료 성분들의 산화는 내연 기관의 해당 연소 챔버에서 및/또는 배기 매니폴드에서 이미 발생되는 것이 바람직하다.
복수의 농후 사이클들이 마지막 희박 사이클을 후속한다면, 제 1 농후 사이클이 가장 농후한 사이클이고 이후 후속하는 사이클(들)이 감소적으로 농축되어서, 가장 농후한 사이클이 시간적으로 희박한 사이클에 가능한 가장 가깝고, 이에 따라 배기 매니폴드 및 그 안에 포함된 촉매 변환기에서 반응물들의 효율적 혼합을 전제조건들이 충족되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 후분사의 마지막 사이클을 후속하는 하나의 사이클 또는 복수의 사이클은 특정하게 농후하게 실행되어서, 탄화 수소 및 일산화탄소와 반응하여 농축된 산소를 촉매 변환기로부터 제거한다. 그 결과, 본 발명에 따라 질소 산화물을 줄이기 위한 용량이 제공된다.
본 발명에 따라, 내연 기관의 단지 하나의 연소 챔버에서, 복수의 연소 챔버에서 또는 모든 연소 챔버에서 상기 방법에 따라 연료 후분사를 수행하는 것이 가능하다. 이 경우, 어떠한 능동(active) 엔진 토오크 또는 어떠한 추가적 엔진 토오크도 발생되지 않도록 후분사가 조절되는 것이 바람직하다. 또한 후분사 동안 연소 챔버의 해당 유출 밸브는 여전히 폐쇄될 수 있거나, 유출 밸브가 이미 개방되거나 및/또는 개방된다. 추가 엔진 토크가 비교적 이른 후분사로 인해 발생된다면, 주분사를 상응하게 조정(adapt)하여서 이러한 엔진 토오크를 보상하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직하게는, 평상시보다 더 적은 연료가 해당 주 분사 동안 분사된다.
후속하는 실시예들은 내연 기관의 자기-점화 모드 및 스파크-점화 모드 사이의 전환 및 그 역에 관한 것이다. 즉, 후속하는 실시예들은 자기-점화 모드로 전환하기 위한 준비 단계 및 자기-점화 모드에서 스파크-점화 모드로 전환하기 위한 전환 모드 둘 다에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 희박 및 농후 사이클(들)에 의해 생성된 오염물, 특히 질소 산화물, 탄화 수소 및 일산화탄소는 바람직하게 배기 매니폴드에서 이미 서로 접촉하여 가능한 거기서 혼합된다. 또한, 생성된 오염물들은 촉매 변환기에 저장되어 촉매 산화 및/또는 촉매 환원에 의해 중화된다. 이 경우, 촉매 변환기를 통한 오염물들의 누출(breakdown)은 피해져야만 하는데, 특히 일 사이클을 농후하게 만들 때 탄화수소의 누출은 피해져야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전체 배기 가스 시스템, 특히 촉매 변환기의 상류에서 배기 매니폴드 및 촉매 변환기 자체의 기하형태 조건이 활용되도록 의도되어서, 배기 매니폴드에서 사이클들의 농후 및 희박 그룹들의 직접 접촉, 혼합 및 반응의 가능성이 최적화된다. 이것은 예를 들어 엔진 타입(직렬(in-line) 엔진, W-엔진, V-엔진), 배기 가스 시스템과 같은 다수의 파라미터들에 의존하며, 이는 예를 들어 이중 포트, 상류/하류 촉매 변환기, 기존의 배기 가스 밸브, 등일 수 있어서 각각의 내연 기관에 대해 개별적으로 설계된다.
특히 다중 실린더 엔진에 의해, 개별적인 실린더들의 희박 그룹들이 연소 챔버들의 하류에서 배기 매니폴드의 다른 실린더들의 농후 그룹들과 직접 접촉하여서, 반응물들의 효율적 혼합이 또한 촉매 변환기의 상류에서 달성된다. 특히, 이것은 배기 매니폴드의 벤딩과 관련이 있다. 종래의 직렬 4 실린더 엔진의 점화 순서에서, 준비 단계 및/또는 모드들의 전환의 시작은 실린더 4에 의해 개시된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 내연 기관은 시간적으로 준비 단계 전에 및/또는 시간적으로 전환 단계 이후에 실질적으로 화학양론적인 연료 비에 의해 작동되는데, 내연 기관이 준비 단계 직전에 및 전환 단계 직후에 EIC 모드에서 발생하는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가적인 실시예들이 종속항들로부터 나타난다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하는 예시적 실시예에 따라 이후 더 상세하게 설명된다.
본 발명의 목적은 청구항 1에서 내연 기관의 2개 모드 사이의 배출 최적화된 변경을 위한 방법 및 제 12 항에서 내연 기관의 2개 모드 사이의 배출 최적화된 스위치-백(switch-back)을 위한 방법에 의해 달성된다. 본 발명은 또한 청구항 33에서 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 제어 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따라, 스파크-점화 모드, 특히 내연 기관의 SI 모드로부터 자기-점화모드, 특히 상기 내연 기관의 CAI 모드 사이로의 모드 전환을 위해, 배기 가스 온도가 상기 모드들 사이에서 전환(transfer) 및 변경(changeover) 전에 감소되어져야 한다. 이것은 내연 기관의 연소 챔버에서 공기-연료 혼합물을 더 희박하게 만드는 것에 의해 수행된다. 배기 가스에서 질소 산화물 피크를 피하기 위해, 상기 희박하게 만드는 것이 시간적으로 하나 이상의 농후 사이클 전에 배치되고, 이것은 질소 산화물의 감소를 야기한다. 본 발명에 따르면, 모드 전환 전의 준비 단계에서 내연 기관의 모든 실린더에서 하나 이상의 사이클이 농후 혼합물에 의해 작동되고 후속하여 하나 이상의 사이클이 희박 혼합물에 의해 작동된다. 바람직하게는, 직후에 내연 기관은 이어서 자기-점화 모드로 전환된다.
이 방법의 실질적인 장점은 스파크-점화 모드, 특히 SI 모드로부터 자기-점화 모드, 특히 CAI 모드 사이로의 전환이 배출의 관점에서 배출-최적화 및/또는 중립적인(neutral) 방식으로 수행된다는 것이다. 즉, 모드 전환 시에 거의 오염물 배출이 생성되지 않거나 또는 어떠한 추가적인 오염들 배출도 생성되지 않는다. 전환을 준비할 때 불가피하게 생성된 질소 산화물들은, 배출 매니폴드에서의 -즉, 촉매 변환기 또는 심지어 촉매 변환기의 상류에서의- 농후 연소에 의해서 탄화 수소 및 일산화탄소 성분들이 특정하게 형성되는 것에 의해서, 이미 이전에 감소되어진다. 따라서 모드 전환 시에 요구되는 토오크 중립성에 관한 제한은 존재하지 않는다.
본 발명에 따르면, 스파크-점화 SI 모드로부터 자기-점화 CAI 모드로의 변경 동안, 연소 기술(오염물 배출, 노킹(knocking))이 관계되는 한, 내연 기관의 배기 가스 온도는 시간적으로 변경 전에 적어도 마지막 사이클에서 감소된다. 그 결과, 내연 기관으로부터 질소 산화물의 방출이 증가한다. 본 발명에 따르면, 이러한 희박 사이클이, 배기 가스 온도의 큰 감소 및/또는 가능한 큰 감소를 달성하기 위해, 높은 수준의 과도 공기, 특히 가능한 높은 수준의 과도 공기에 의해서 실행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 희박 사이클 전에 적어도 하나의 연소 사이클이 농후 사이클로서 의도적으로 실행되어서, 농후 사이클(들)의 오염물 배출에 의해 희박 사이클의 오염물 배출을 보상한다.
본 발명에 따른 복수의 이전 농후 사이클에 의해 시간 경과에 따라 증가하는 농축이 발생하는데, 이에 의해서 가장 농후한 사이클이 상기 적어도 하나의 희박 사이클에 시간적으로 가능한 가까워지고 이로써 배기 매니폴드 및 내부에 포함된 촉매 변환기에서 반응물들(연료 배출물들)의 효율적인 혼합을 위한 요구사항들이 충족된다. 준비 단계에서, 적어도 하나의 희박 사이클이 하나의 농후 사이클 또는 가능한 많은 수의 복수의 농후 사이클들에 후속하고, 준비 단계에서 모든 사이클들의 평균 람다 값이 약 0.99 내지 약 1.00이 되는 것이 바람직하다. 따라서 해당 농후 및 희박 사이클들의 수는 배기 가스 세정 시스템의 저장 용량에 상당히 의존하고, 특히 농후 사이클들에 대해 10 내지 20 만큼 많을 수 있다. 그러나, 바람직하게 최대 5 개의 농후 및 최대 3 개의 희박 사이클들이 선호된다.
내연 기관의 자기-점화모드, 특히 CAI 모드로부터 스파크-점화 모드, 특히 SI 모드로 전환되는 것에 대해, 상기 내연 기관의 모드들 사이 전환 단계의 적어도 하나의 사이클에서, 후분사가 상기 내연 기관의 연소 챔버 내로 발생한다. 본 발명에 따른 이러한 농축에 의해, 특히 전환 단계의 희박 및/또는 다소 농후 사이클에 의해, 질소 산화물 피크가 다시 회피되는데, 하류에 배치된 농후 사이클들에 의해 질소 산화물 피크가 방지되어 질소 산화물의 결과적인 감소를 가져오기 때문이다. 바람직하게는 후분사는 시간적으로 자기 분사 이후에, 특히 마지막 자기 분사 직후에 발생한다. 바람직하게는 후분사는 시간적으로 첫번째 스파크-점화 전에 발생한다.
본 발명에 따라 스파크-점화 모드로 다시 스위칭되는 것으로부터 장점들이 나타난다. 농후 및/또는 더 농후한 혼합물의 형태로 추가적인 연료가 특정하게 유입되는 것에 의해서, 촉매 변환기는 자기-점화 모드 이후에 농축된 산소를 제거한다. 동시에, 마지막 자기-점화 연소 동안 생성된 질소 산화물들이 중화된다.
본 발명에 따른 후분사 또는 모드들 사이의 전환 단계에서의 농축은 전환 단계의 하나 또는 복수의 사이클들에서 실행될 수 있다. 이것은 예를 들어, 자기-점화 모드의 마지막 사이클에서, 스파크-점화 모드의 제 1 사이클에서 또는 스파크-점화 모드의 복수의 제 1 사이클들에서 수행될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 연소 챔버에서의 후분사 대신에, 자기-점화 모드의 이전 희박 사이클(들)이 오염물들의 관점에서 보상될 수 있도록, 스파크-점화 모드에서 상응하게 농후하게 제 1 사이클(들)을 실행하는 것이 가능하다. 따라서 해당 농후 및 희박 사이클들의 수는 배기 가스 세정 시스템의 저장 용량에 상당히 의존한다.
본 발명에 따르면, 모드들 사이의 전환 단계는 자기-점화모드의 적어도 하나의 희박 사이클 및 스파크-점화 모드의 하나의 농후 사이클 또는 복수의 농후 사이클들로 구성된다. 본 발명에 따르면, 전환 단계의 평균 람다값이 바람직하게는 약 0.95 내지 0.99의 값을 갖도록, 전환 단계의 희박 및 농후 사이클(들)이 서로 조절된다.
자기-점화 CAI 모드로부터 스파크-점화 SI 모드로의 본 발명에 따른 모드 변경 동안, 후분사가 바람직하게는 CAI 모드의 첫번째 사이클에서 및/또는 적어도 하나의 후속 사이클(SI모드/ EIC모드)에서 발생하여, 잔류 산소가 연료 성분들의 산화에 의해 흡수된다. 이 경우, 연료 성분들의 산화는 내연 기관의 해당 연소 챔버에서 및/또는 배기 매니폴드에서 이미 발생되는 것이 바람직하다.
복수의 농후 사이클들이 마지막 희박 사이클을 후속한다면, 제 1 농후 사이클이 가장 농후한 사이클이고 이후 후속하는 사이클(들)이 감소적으로 농축되어서, 가장 농후한 사이클이 시간적으로 희박한 사이클에 가능한 가장 가깝고, 이에 따라 배기 매니폴드 및 그 안에 포함된 촉매 변환기에서 반응물들의 효율적 혼합을 전제조건들이 충족되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 후분사의 마지막 사이클을 후속하는 하나의 사이클 또는 복수의 사이클은 특정하게 농후하게 실행되어서, 탄화 수소 및 일산화탄소와 반응하여 농축된 산소를 촉매 변환기로부터 제거한다. 그 결과, 본 발명에 따라 질소 산화물을 줄이기 위한 용량이 제공된다.
본 발명에 따라, 내연 기관의 단지 하나의 연소 챔버에서, 복수의 연소 챔버에서 또는 모든 연소 챔버에서 상기 방법에 따라 연료 후분사를 수행하는 것이 가능하다. 이 경우, 어떠한 능동(active) 엔진 토오크 또는 어떠한 추가적 엔진 토오크도 발생되지 않도록 후분사가 조절되는 것이 바람직하다. 또한 후분사 동안 연소 챔버의 해당 유출 밸브는 여전히 폐쇄될 수 있거나, 유출 밸브가 이미 개방되거나 및/또는 개방된다. 추가 엔진 토크가 비교적 이른 후분사로 인해 발생된다면, 주분사를 상응하게 조정(adapt)하여서 이러한 엔진 토오크를 보상하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직하게는, 평상시보다 더 적은 연료가 해당 주 분사 동안 분사된다.
후속하는 실시예들은 내연 기관의 자기-점화 모드 및 스파크-점화 모드 사이의 전환 및 그 역에 관한 것이다. 즉, 후속하는 실시예들은 자기-점화 모드로 전환하기 위한 준비 단계 및 자기-점화 모드에서 스파크-점화 모드로 전환하기 위한 전환 모드 둘 다에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 희박 및 농후 사이클(들)에 의해 생성된 오염물, 특히 질소 산화물, 탄화 수소 및 일산화탄소는 바람직하게 배기 매니폴드에서 이미 서로 접촉하여 가능한 거기서 혼합된다. 또한, 생성된 오염물들은 촉매 변환기에 저장되어 촉매 산화 및/또는 촉매 환원에 의해 중화된다. 이 경우, 촉매 변환기를 통한 오염물들의 누출(breakdown)은 피해져야만 하는데, 특히 일 사이클을 농후하게 만들 때 탄화수소의 누출은 피해져야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전체 배기 가스 시스템, 특히 촉매 변환기의 상류에서 배기 매니폴드 및 촉매 변환기 자체의 기하형태 조건이 활용되도록 의도되어서, 배기 매니폴드에서 사이클들의 농후 및 희박 그룹들의 직접 접촉, 혼합 및 반응의 가능성이 최적화된다. 이것은 예를 들어 엔진 타입(직렬(in-line) 엔진, W-엔진, V-엔진), 배기 가스 시스템과 같은 다수의 파라미터들에 의존하며, 이는 예를 들어 이중 포트, 상류/하류 촉매 변환기, 기존의 배기 가스 밸브, 등일 수 있어서 각각의 내연 기관에 대해 개별적으로 설계된다.
특히 다중 실린더 엔진에 의해, 개별적인 실린더들의 희박 그룹들이 연소 챔버들의 하류에서 배기 매니폴드의 다른 실린더들의 농후 그룹들과 직접 접촉하여서, 반응물들의 효율적 혼합이 또한 촉매 변환기의 상류에서 달성된다. 특히, 이것은 배기 매니폴드의 벤딩과 관련이 있다. 종래의 직렬 4 실린더 엔진의 점화 순서에서, 준비 단계 및/또는 모드들의 전환의 시작은 실린더 4에 의해 개시된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 내연 기관은 시간적으로 준비 단계 전에 및/또는 시간적으로 전환 단계 이후에 실질적으로 화학양론적인 연료 비에 의해 작동되는데, 내연 기관이 준비 단계 직전에 및 전환 단계 직후에 EIC 모드에서 발생하는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가적인 실시예들이 종속항들로부터 나타난다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하는 예시적 실시예에 따라 이후 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 4 개-실린더 내연 기관의 스파크-점화 SI 모드에서 자동-점화 CAI 모드로 전환을 도시하고, 및
도 2는 본 발명에 따라 4 개 실린더 내연 기관의 자동-점화 CAI 모드에서 스파크-점화 SI 모드로 전환을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라 4 개 실린더 내연 기관의 자동-점화 CAI 모드에서 스파크-점화 SI 모드로 전환을 도시한다.
이하 내연 기관의 모드 전환, 특히 스파크-점화 SI 모드 또는 EIC 모드로부터 자기-점화 CAI 모드로의 모드 전환 및 그 역으로의 모드 전환과 관련하여 본 발명이 상세하게 설명된다. 본 발명은 이러한 모드들로 제한되지 아니하며, 모든 스파크-점화 및 자기-점화 모드에 관련된 것으로 의도된다.
나아가, 이하에서 표현 "내연 기관의 사이클"은 4-행정 내연 기관의 4개 행정으로서 이해된다. 이와 관련하여, 도면들에서 하나의 박스 각각은, 시간적으로 좌측으로부터 시작하여, 내연 기관의 실린더의 피스톤의 하사점(lower dead center point)에서 시작하는 일 사이클을 나타내는데, 각각의 실린더의 내부 압력은 각각의 박스에서 매우 단순화된 방식으로 도시된다. 하나의 박스 각각에서 단일(SI 모드 / EIC 모드) 및/또는 가장 높은 압력 피크(CAI 모드)는 자기-점화 또는 스파크-점화 연소를 가리킨다. 두번째 압력 피크(CAI 모드)는, 존재한다면, 중간 압축을 가리킨다.
도면들에 따르면, 각 박스는 좌측에 피스톤의 하사점을 도시하고 그리고 각 박스는 각각의 박스의 우측으로 가면서 동시에 우측에 후속되는 다음 박스의 좌측으로 가면서, 처음에 차지 변화(change in charge)의, 상사점까지의 연소 가스의 방출(제 1 행정); 하사점까지의 흡입(제 2 행정); 스파크-점화 또는 자기-점화가 발생하는, 상사점까지의 압축(제 3 행정); 및 하사점까지의 후속하는 작용 행정(제 4 행정)을 가리킨다.
압축 및 점화 동안 각 실린더의 내부 압력의 가파른 상승(내부 압력의 좌측에서의 불연속점) 및 작용 행정의 실린더 내부 압력의 하강이 각각의 박스에 명확히 도시된다. 더욱이, CAI 모드의 사이클들 동안, 중간 압축이 명확하게 도시된다.
그러나 본 발명에 따르면, 그러한 일 사이클이 다르게 규정될 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 압축 행정(제 2 행정), 작용 행정(제 3 행정) 및 방출 행정(제 4 행정)이 후속하는, 흡입 행정이 일 사이클의 제 1 행정으로서 식별되는 것이 가능하다. 이 점에서, 도면들에서 각각 제 2 실린더의 점선 라인으로 도시된 박스(실린더 2; n-2, n-1; m-1, m)을 참조하시기 바란다.
나아가, 표현 "농후(rich) 및/또는 희박(lean) 사이클"은 내연 기관의 해당 실린더의 일 사이클로서 이해되도록 의도되는데, 해당 사이클이 공기가 없는 농후한 또는 강한 공기-연료 혼합물(λ<1)에 의해 작동되는 것 및/또는 공기가 과잉인 희박한 또는 약한 공기-연료 혼합물(λ>1)에 의해 작동되는 것을 의미한다.
도 1에서 스파크-점화 SI 모드 또는 EIC 모드로부터 CAI 모드로 전환되는 것 및/또는 이행되는 것이 4개-실린더 내연 기관의 예시에서 도시된다. 이 경우에서, 해당 실린더(사이클 1 내지 사이클 4)에 보유된 공기-연료 혼합물(이하, 혼합물)의 실질적인 화학양론적 조건(stoichiometric conditions, λ
1)에 기초하여, 시간적으로 사이클 n-4 이후 사이클 n-2까지 점진적으로 농후해진다. 사이클 n-1은 후속하여 희박하게 실행되며 그리고 사이클 n에서 마지막으로 제 1 CAI의 연소가 발생한다. 시간적으로 이전 사이클들에서, 특히 사이클 n-4 내지 사이클 n-1에서, 내연 기관은 이에 따라 SI 모드/EIC 모드로 작동되어진다.
도 2는 CAI 모드에서 SI 모드 또는 EIC 모드로 다시 전환 및/또는 이행되는 것을 도시한다. 따라서 사이클 m-1은 시간적으로, 최종의 기존 CAI 사이클을 도시한다. 또한 여전히 CAI-사이클인 사이클 m에서, 후분사가 최종 CAI-연소(시간적으로 최종 자기-점화 연소) 이후에 실행된다. 그러므로 동시에, SI 모드/EIC 모드로의 변경이 발생하며 m+1이 제 1의 기존 스파크 - 점화 사이클이다. 후분사에 대한 대략적인 시간은 실린더 1에서 화살표에 의해 지시된다. 사이클 m까지, 내연 기관은 희박 혼합물(lean mixture)에 의해 작동한다. 사이클 m+1 및 m+2에서, 내연 기관의 농후 혼합물(rich mixture)에 의해 실행되며, 사이클 m+3에서 연소가 최종적으로 조건화학양론적 조건(λ
1) 하에서 다시 발생된다.
(도 1 및/또는 도 2에서) 하나의 각각의 모드 전환 전에 편안함(토오크 중립) 및 연소 기술(CAI 모드(도 1)에 대한 잔류 가스 온도)를 이유로 내연 기관의 일련의 작동 파라미터들이 유지되어야 한다. 특히, 이들은 스로틀 플랩 각도, 분사 시간 및 분사 타이밍, 점화 각도(SI 모드/EIC 모드) 그리고 유입구 및 유출구 캠샤프트 위치이다.
다음의 고려 사항은 내연 기관의 개별 실린더에 관한 것이어서, 따라서 다중 실린더 엔진들은 실린더-선택적으로 실행될 수 있으나, 여기서 4 개-실린더 내연 기관의 개략적으로 도시된, 실린더 내부 압력의 시퀀스를 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 원칙적으로 동일하게 실행될 수 있다.
이후부터, 도 1에 따라 SI 모드/EIC 모드로부터 CAI 모드로의 전환이 더 상세하게 설명된다.
제 1의 CAI-연소의 사이클은 n으로 표시되며, 따라서 n-1이 SI모드/EIC 모드에서의 마지막 사이클이고, 여기서 변경을 준비하는 개시된 작동 파라미터가 활성화된다. 시간적으로 모드 전환을 위한 준비가 일반적으로, 스로틀 플랩 또는 캠샤프트 단계 시프터와 같은 구성요소들의 관성으로 인해, 복수의 사이클을 고려하기 때문에, 전환 및/또는 변경 프로세스는 이에 상응하여 조기에 개시되어야 한다.
시간적으로, 전환 준비는 도 1에서 모든 압력 곡선들에 걸쳐져 있는 경사진 라인에 의해 지시되며 내연 기관의 SI 모드/EIC 모드 동안 준비 단계(preparation phase)를 식별하며, 준비 단계는 CAI 모드로의 실제 전환 전에 종료된다.
전환 전에 적어도 마지막 사이클 n-1은 배기 가스 온도를 감소시키기 위해 의도적으로 더 희박하게 실행되어서, 질소 산화물의 증가된 형성(formation)의 원인이 된다. 이와 관련하여, 가능한 낮고 상대적으로 냉각된 CAI-연소에 맞춰진, 잔류 가스 온도를 유지하기 위해 가능한 큰 다량의 과잉 공기(λ>1)의 양에 의해 이 마지막 사이클 n-1 또는 이들 마지막 사이클들을 실행하는 것이 바람직하다는 것이 주목되어져야 한다.
본 발명에 따르면, 이러한 내연 기관의 질소 산화물의 추가적인 형성은 모드들 사이의 전환을 위한 준비 단계 동안 희박한 사이클 n-1의 상류에 배치되는 개별적인 농후 사이클 또는 복수의 농후 사이클들 n-2, n-3에 의해 보상된다. 농후 혼합물의 연소 동안 생성된 탄화수소 및 일산화탄소 분자는 이후 배기 매니폴드를 통해 촉매 변환기(배기 가스 세정 장치)로 이동되어 거기에 저장된다.
희박 연소로부터의 질소 산화물 분자가 후속 사이클들에 도달하면, 탄화수소의 산화 및 일산화탄소의 산화가 발생하고, 또한 촉매 변환기 내 촉매 작용에 의해 질소 산화물들의 감소가 발생한다.
공연비(λ) 뿐만 아니라 농후 연소 사이클 및 희박 연소 사이클의 수는 배기 매니폴드의 그리고 촉매 변환기의 속성 및 크기에 뿐만 아니라 엔진 작동 포인트에 의존한다. 오염물질의 누출, 특히 탄화수소의 누출은 피해져야 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 연료 계량은 전체 준비 단계 및/또는 전체 변경 프로세스에 대해 바람직하게 약 0.99 내지 약 1.00의 람다 값(λ)이 결과되도록 설계되어져야 한다.
복수의 농후 사이클들이 필요한 경우에서, 질소 산화물들을 감소시키는데 필요한 탄화수소 및 일산화탄소를 생성하기 위해, 사이클 n-2를 가능한 농후하게 만들고 이전 사이클들(n-3, n-4, 등)을 약 1의 람다 값(λ)의 방향으로 점차 희박하게(시간 화살표에 반대되는 방향으로) 만드는 것이 바람직하다. 그 결과, 가장 농후한 농후 그룹 및 희박 그룹이 시간적으로 나란히 위치되어서, 배기 매니폴드에서 오염물 성분들이 유효하게 혼합 및 반응할 수 있기 위한 전제 조건들이 개선된다.
일반적으로, 내연 기관의 농후 그룹 및 희박 그룹은 촉매 변환기의 상류에서 이미 접촉하게 되어서, 이미 혼합되고 또한 거기서 반응할 수 있는 것이 바람직하다. 다중 실린더 내연 기관에 있어서, 이상적인 희박 배기 가스 그룹들은 시간적으로 이전에 위치된 이웃 실린더의 농후 그룹들과 접촉하게 된다. 따라서 화학 반응은 바람직하게는 촉매 변환기의 상류의 배기 매니폴드에서 직접적으로 발생한다. 또한 일반적으로 전체 배기 가스 시스템의 기하학적 조건들을 활용하는 것이 바람직하다.
이것은 직렬 4 개 실린더 내연 기관의 예시에 의해 짧게 설명하기 위한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 실린더 1, 3, 4, 2의 통상적인 점화 순서가 가정된다. 따라서 실린더 1은 종방향으로 장착된 엔진에서 전방 실린더이다.
본 발명에 따르면, 실린더 4에 의해 모드들 사이의 전환을 시작하고 이에 따라 제 1의 희박 그룹을 제공하는 것이 바람직하고, 이는 그러면 모든 잔존하는 3 개 실린더들에 제공된 농후 그룹에 상기 제 1의 희박 그룹을 혼합할 수 있기 때문이다. 더욱이, 후속하는 실린더 2에서 혼합은 실린더 1의 농후한 그룹과 함께 발생할 수 있다. 이러한 효과가 매우 시스템-특정적인 방식으로 발생하기 때문에, 최적 프로시저가 각각의 개별적인 경우에서 결정되어야만 한다.
삼원 촉매 변환기에서, 준비 단계에서 생성된 오염물들의 후속하는 화학적 반응(탄화수소 CH, 일산화탄소 CO 및 질소 산화물(NOx (NO, NO2)))이 발생한다 :
일산화탄소 및 HC의 이산화탄소 및 물로의 산화 :
NO, NO2의 N2로 환원 :
도 2에 따라 CAI 모드에서 SI 모드/EIC 모드로 전환이 좀 더 상세하게 설명된다.
도 2에 도시된 CAI 모드로부터 다시 SI 모드/EIC 모드로 통과하기 위해, 원칙적으로 임의의 특정한 열역학적 조치가 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 스위치 백 동안 내연 기관의 배출 동작 상에 또한 긍정적인 영향을 가질 수 있다.
사이클 m에서 마지막 CAI-연소 후에, 바람직하게는, 유출구 측 상에서 큰 밸브 리프트로의 전환이 이루어져서, 해당 실린더로부터의 희박한 잔류 가스를 헹군다(rinse). 본 발명에 따라, 사이클 m에서, 즉 시간적으로 마지막 CAI-사이클에서 내연 기관의 해당 연소 챔버 내로의 후분사(실린더 1에서 화살표)가 수행되어서, 잔류 산소가 흡수될 수 있다.
이상적으로, 산화는 여전히 연소 챔버에서, 다시 말해서 유출 밸브가 여전히 폐쇄되어 있을 때 발생한다. 그러나 본 발명의 실시예들에서, 유출 밸브는 이미 개방되었을 수 있다. 이 경우에, 편안함을 이유로 후분사가 어떠한 능동 모멘트에도 기여하지 않음이 보증되는 것이 필요하다. 따라서 해당 유출 밸브가 이미 개방되어 있을 수 있도록, 후분사는 잠재적으로 늦게 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 오염 물질의 반응은 연소 챔버에서 부분적으로만 발생하되 하류에 위치된 배기 매니폴드에서 주로 발생한다.
그러나 본 발명에 따르면 실시예들에서 내연 기관의 추가적인 토오크가 분사에 의해 발생되도록, 조기에, 즉 자기-점화 직후에 후분사를 실행하는 것이 가능하다.
이러한 추가적인 토크는 요구되는 토오크 중립성을 유지할 수 있도록 보상되어져야 한다. 본 발명에 따르면, 복수의 개별 분사들로 분할될 수 있는 주 분사(main injection)의 결과로서 이에 상응하여 더 적은 토오크가 발생되도록, 이러한 보상이 수행된다. 즉, 후분사에 의해 발생된 토오크가 주 분사 동안 유입되는 더 적은 연료에 의해 보상된다.
시간적으로 서로 바로 앞뒤에 있는 사이클들은 산소 부족(λ<1)에 의해 실행된다. 과잉 탄화수소 및 일산화탄소 분자는 희박 CAI 모드 동안 촉매 변환기에 저장된 산소 분자들에 의해 산화되고, 촉매 전환기가 세정된다. 이것은 일산화탄소 분자가 바람직하게 산소와 반응하고 질소 산화물의 환원이 제한되기 때문에 더욱 더 필요하다. 이 방법은 또한 배기 매니폴드 및 배기 가스 세정 장치의 속성 및 크기(산소 저장 용량)에 맞춰질 수 있다.
도 2는 CAI 모드로부터 SI 모드/EIC 모드로의 전환 단계를 도시하며, 본 예시적인 실시예에서 상기 전환 단계는 3 개 사이클 m 내지 m+2에 걸쳐 진행되며, 다시 모든 압력 곡선에 걸쳐진 경사 라인에 의해 표시된다. 이러한 사이클들의 수는 본질적으로 달라질 수 있다. CAI 모드의 마지막 사이클은 후분사에 불구하고 전체적으로 여전히 희박하고, 약 1.1 내지 약 1.2의 람다값(λ)에 의해 실행된다. 후분사는 최종 자기-점화 후에 그리고 시간적으로 중간 압축 전에 및/또는 시간적으로 유출 밸브를 폐쇄하기 전에 발생한다.
제 1 스파크-점화 SI-사이클/EIC-사이클 m+1이 사이클 m에 이어진다. 이 사이클 m +1은 농후하게 실행되고, 바람직하게 약(0.7) 0.8 내지 약 0.9의 가능한 낮은 람다값(λ)에 의해 실행된다. 이어서 내연 기관의 SI 모드/EIC 모드의 후속 사이클들 m+2 (m+3)은 덜 농후하게 실행되고, 시간적으로 뒤의 사이클 m+3은 시간적으로 앞의 사이클 m+2보다 덜 농후하게 실행된다. 본 발명에 따르면, 가장 농후한 농후 사이클은 CAI 모드의 마지막 희박 사이클 m의 바로 뒤에 존재한다. 후속 사이클들 m+3 (m+4) 등에서, 내연 기관은 약 1의 람다값(λ)에 의해 다시 작동된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 후분사는 내연 기관의 부하에 의존하여 발생한다. 원칙적으로, 부피가 상대적으로 큰 후분사는 높은 부하에 관계되고 부피가 상대적으로 작은 후분사는 작은 부하에 관계된다. 이와 관련하여, 각각의 경우에 후 분사들은 그 부피가 거의(more or less) 지속적으로 내연 기관의 부하에 맞춰질 수 있다. 또한, 특성 제한 및/또는 특정 임계값으로부터 후분사를 수행하거나(높은 부하) 수행하지 않는 것이(낮은 부하) 가능하다. 또한, 부하에 따라 상이한 크기의 부피를 갖는 복수의 후분사들을 사용하는 것이 가능하다.
나아가, 이하에서 표현 "내연 기관의 사이클"은 4-행정 내연 기관의 4개 행정으로서 이해된다. 이와 관련하여, 도면들에서 하나의 박스 각각은, 시간적으로 좌측으로부터 시작하여, 내연 기관의 실린더의 피스톤의 하사점(lower dead center point)에서 시작하는 일 사이클을 나타내는데, 각각의 실린더의 내부 압력은 각각의 박스에서 매우 단순화된 방식으로 도시된다. 하나의 박스 각각에서 단일(SI 모드 / EIC 모드) 및/또는 가장 높은 압력 피크(CAI 모드)는 자기-점화 또는 스파크-점화 연소를 가리킨다. 두번째 압력 피크(CAI 모드)는, 존재한다면, 중간 압축을 가리킨다.
도면들에 따르면, 각 박스는 좌측에 피스톤의 하사점을 도시하고 그리고 각 박스는 각각의 박스의 우측으로 가면서 동시에 우측에 후속되는 다음 박스의 좌측으로 가면서, 처음에 차지 변화(change in charge)의, 상사점까지의 연소 가스의 방출(제 1 행정); 하사점까지의 흡입(제 2 행정); 스파크-점화 또는 자기-점화가 발생하는, 상사점까지의 압축(제 3 행정); 및 하사점까지의 후속하는 작용 행정(제 4 행정)을 가리킨다.
압축 및 점화 동안 각 실린더의 내부 압력의 가파른 상승(내부 압력의 좌측에서의 불연속점) 및 작용 행정의 실린더 내부 압력의 하강이 각각의 박스에 명확히 도시된다. 더욱이, CAI 모드의 사이클들 동안, 중간 압축이 명확하게 도시된다.
그러나 본 발명에 따르면, 그러한 일 사이클이 다르게 규정될 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 압축 행정(제 2 행정), 작용 행정(제 3 행정) 및 방출 행정(제 4 행정)이 후속하는, 흡입 행정이 일 사이클의 제 1 행정으로서 식별되는 것이 가능하다. 이 점에서, 도면들에서 각각 제 2 실린더의 점선 라인으로 도시된 박스(실린더 2; n-2, n-1; m-1, m)을 참조하시기 바란다.
나아가, 표현 "농후(rich) 및/또는 희박(lean) 사이클"은 내연 기관의 해당 실린더의 일 사이클로서 이해되도록 의도되는데, 해당 사이클이 공기가 없는 농후한 또는 강한 공기-연료 혼합물(λ<1)에 의해 작동되는 것 및/또는 공기가 과잉인 희박한 또는 약한 공기-연료 혼합물(λ>1)에 의해 작동되는 것을 의미한다.
도 1에서 스파크-점화 SI 모드 또는 EIC 모드로부터 CAI 모드로 전환되는 것 및/또는 이행되는 것이 4개-실린더 내연 기관의 예시에서 도시된다. 이 경우에서, 해당 실린더(사이클 1 내지 사이클 4)에 보유된 공기-연료 혼합물(이하, 혼합물)의 실질적인 화학양론적 조건(stoichiometric conditions, λ
도 2는 CAI 모드에서 SI 모드 또는 EIC 모드로 다시 전환 및/또는 이행되는 것을 도시한다. 따라서 사이클 m-1은 시간적으로, 최종의 기존 CAI 사이클을 도시한다. 또한 여전히 CAI-사이클인 사이클 m에서, 후분사가 최종 CAI-연소(시간적으로 최종 자기-점화 연소) 이후에 실행된다. 그러므로 동시에, SI 모드/EIC 모드로의 변경이 발생하며 m+1이 제 1의 기존 스파크 - 점화 사이클이다. 후분사에 대한 대략적인 시간은 실린더 1에서 화살표에 의해 지시된다. 사이클 m까지, 내연 기관은 희박 혼합물(lean mixture)에 의해 작동한다. 사이클 m+1 및 m+2에서, 내연 기관의 농후 혼합물(rich mixture)에 의해 실행되며, 사이클 m+3에서 연소가 최종적으로 조건화학양론적 조건(λ
(도 1 및/또는 도 2에서) 하나의 각각의 모드 전환 전에 편안함(토오크 중립) 및 연소 기술(CAI 모드(도 1)에 대한 잔류 가스 온도)를 이유로 내연 기관의 일련의 작동 파라미터들이 유지되어야 한다. 특히, 이들은 스로틀 플랩 각도, 분사 시간 및 분사 타이밍, 점화 각도(SI 모드/EIC 모드) 그리고 유입구 및 유출구 캠샤프트 위치이다.
다음의 고려 사항은 내연 기관의 개별 실린더에 관한 것이어서, 따라서 다중 실린더 엔진들은 실린더-선택적으로 실행될 수 있으나, 여기서 4 개-실린더 내연 기관의 개략적으로 도시된, 실린더 내부 압력의 시퀀스를 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이, 원칙적으로 동일하게 실행될 수 있다.
이후부터, 도 1에 따라 SI 모드/EIC 모드로부터 CAI 모드로의 전환이 더 상세하게 설명된다.
제 1의 CAI-연소의 사이클은 n으로 표시되며, 따라서 n-1이 SI모드/EIC 모드에서의 마지막 사이클이고, 여기서 변경을 준비하는 개시된 작동 파라미터가 활성화된다. 시간적으로 모드 전환을 위한 준비가 일반적으로, 스로틀 플랩 또는 캠샤프트 단계 시프터와 같은 구성요소들의 관성으로 인해, 복수의 사이클을 고려하기 때문에, 전환 및/또는 변경 프로세스는 이에 상응하여 조기에 개시되어야 한다.
시간적으로, 전환 준비는 도 1에서 모든 압력 곡선들에 걸쳐져 있는 경사진 라인에 의해 지시되며 내연 기관의 SI 모드/EIC 모드 동안 준비 단계(preparation phase)를 식별하며, 준비 단계는 CAI 모드로의 실제 전환 전에 종료된다.
전환 전에 적어도 마지막 사이클 n-1은 배기 가스 온도를 감소시키기 위해 의도적으로 더 희박하게 실행되어서, 질소 산화물의 증가된 형성(formation)의 원인이 된다. 이와 관련하여, 가능한 낮고 상대적으로 냉각된 CAI-연소에 맞춰진, 잔류 가스 온도를 유지하기 위해 가능한 큰 다량의 과잉 공기(λ>1)의 양에 의해 이 마지막 사이클 n-1 또는 이들 마지막 사이클들을 실행하는 것이 바람직하다는 것이 주목되어져야 한다.
본 발명에 따르면, 이러한 내연 기관의 질소 산화물의 추가적인 형성은 모드들 사이의 전환을 위한 준비 단계 동안 희박한 사이클 n-1의 상류에 배치되는 개별적인 농후 사이클 또는 복수의 농후 사이클들 n-2, n-3에 의해 보상된다. 농후 혼합물의 연소 동안 생성된 탄화수소 및 일산화탄소 분자는 이후 배기 매니폴드를 통해 촉매 변환기(배기 가스 세정 장치)로 이동되어 거기에 저장된다.
희박 연소로부터의 질소 산화물 분자가 후속 사이클들에 도달하면, 탄화수소의 산화 및 일산화탄소의 산화가 발생하고, 또한 촉매 변환기 내 촉매 작용에 의해 질소 산화물들의 감소가 발생한다.
공연비(λ) 뿐만 아니라 농후 연소 사이클 및 희박 연소 사이클의 수는 배기 매니폴드의 그리고 촉매 변환기의 속성 및 크기에 뿐만 아니라 엔진 작동 포인트에 의존한다. 오염물질의 누출, 특히 탄화수소의 누출은 피해져야 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 연료 계량은 전체 준비 단계 및/또는 전체 변경 프로세스에 대해 바람직하게 약 0.99 내지 약 1.00의 람다 값(λ)이 결과되도록 설계되어져야 한다.
복수의 농후 사이클들이 필요한 경우에서, 질소 산화물들을 감소시키는데 필요한 탄화수소 및 일산화탄소를 생성하기 위해, 사이클 n-2를 가능한 농후하게 만들고 이전 사이클들(n-3, n-4, 등)을 약 1의 람다 값(λ)의 방향으로 점차 희박하게(시간 화살표에 반대되는 방향으로) 만드는 것이 바람직하다. 그 결과, 가장 농후한 농후 그룹 및 희박 그룹이 시간적으로 나란히 위치되어서, 배기 매니폴드에서 오염물 성분들이 유효하게 혼합 및 반응할 수 있기 위한 전제 조건들이 개선된다.
일반적으로, 내연 기관의 농후 그룹 및 희박 그룹은 촉매 변환기의 상류에서 이미 접촉하게 되어서, 이미 혼합되고 또한 거기서 반응할 수 있는 것이 바람직하다. 다중 실린더 내연 기관에 있어서, 이상적인 희박 배기 가스 그룹들은 시간적으로 이전에 위치된 이웃 실린더의 농후 그룹들과 접촉하게 된다. 따라서 화학 반응은 바람직하게는 촉매 변환기의 상류의 배기 매니폴드에서 직접적으로 발생한다. 또한 일반적으로 전체 배기 가스 시스템의 기하학적 조건들을 활용하는 것이 바람직하다.
이것은 직렬 4 개 실린더 내연 기관의 예시에 의해 짧게 설명하기 위한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 실린더 1, 3, 4, 2의 통상적인 점화 순서가 가정된다. 따라서 실린더 1은 종방향으로 장착된 엔진에서 전방 실린더이다.
본 발명에 따르면, 실린더 4에 의해 모드들 사이의 전환을 시작하고 이에 따라 제 1의 희박 그룹을 제공하는 것이 바람직하고, 이는 그러면 모든 잔존하는 3 개 실린더들에 제공된 농후 그룹에 상기 제 1의 희박 그룹을 혼합할 수 있기 때문이다. 더욱이, 후속하는 실린더 2에서 혼합은 실린더 1의 농후한 그룹과 함께 발생할 수 있다. 이러한 효과가 매우 시스템-특정적인 방식으로 발생하기 때문에, 최적 프로시저가 각각의 개별적인 경우에서 결정되어야만 한다.
삼원 촉매 변환기에서, 준비 단계에서 생성된 오염물들의 후속하는 화학적 반응(탄화수소 CH, 일산화탄소 CO 및 질소 산화물(NOx (NO, NO2)))이 발생한다 :
일산화탄소 및 HC의 이산화탄소 및 물로의 산화 :
NO, NO2의 N2로 환원 :
도 2에 따라 CAI 모드에서 SI 모드/EIC 모드로 전환이 좀 더 상세하게 설명된다.
도 2에 도시된 CAI 모드로부터 다시 SI 모드/EIC 모드로 통과하기 위해, 원칙적으로 임의의 특정한 열역학적 조치가 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고, 스위치 백 동안 내연 기관의 배출 동작 상에 또한 긍정적인 영향을 가질 수 있다.
사이클 m에서 마지막 CAI-연소 후에, 바람직하게는, 유출구 측 상에서 큰 밸브 리프트로의 전환이 이루어져서, 해당 실린더로부터의 희박한 잔류 가스를 헹군다(rinse). 본 발명에 따라, 사이클 m에서, 즉 시간적으로 마지막 CAI-사이클에서 내연 기관의 해당 연소 챔버 내로의 후분사(실린더 1에서 화살표)가 수행되어서, 잔류 산소가 흡수될 수 있다.
이상적으로, 산화는 여전히 연소 챔버에서, 다시 말해서 유출 밸브가 여전히 폐쇄되어 있을 때 발생한다. 그러나 본 발명의 실시예들에서, 유출 밸브는 이미 개방되었을 수 있다. 이 경우에, 편안함을 이유로 후분사가 어떠한 능동 모멘트에도 기여하지 않음이 보증되는 것이 필요하다. 따라서 해당 유출 밸브가 이미 개방되어 있을 수 있도록, 후분사는 잠재적으로 늦게 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 오염 물질의 반응은 연소 챔버에서 부분적으로만 발생하되 하류에 위치된 배기 매니폴드에서 주로 발생한다.
그러나 본 발명에 따르면 실시예들에서 내연 기관의 추가적인 토오크가 분사에 의해 발생되도록, 조기에, 즉 자기-점화 직후에 후분사를 실행하는 것이 가능하다.
이러한 추가적인 토크는 요구되는 토오크 중립성을 유지할 수 있도록 보상되어져야 한다. 본 발명에 따르면, 복수의 개별 분사들로 분할될 수 있는 주 분사(main injection)의 결과로서 이에 상응하여 더 적은 토오크가 발생되도록, 이러한 보상이 수행된다. 즉, 후분사에 의해 발생된 토오크가 주 분사 동안 유입되는 더 적은 연료에 의해 보상된다.
시간적으로 서로 바로 앞뒤에 있는 사이클들은 산소 부족(λ<1)에 의해 실행된다. 과잉 탄화수소 및 일산화탄소 분자는 희박 CAI 모드 동안 촉매 변환기에 저장된 산소 분자들에 의해 산화되고, 촉매 전환기가 세정된다. 이것은 일산화탄소 분자가 바람직하게 산소와 반응하고 질소 산화물의 환원이 제한되기 때문에 더욱 더 필요하다. 이 방법은 또한 배기 매니폴드 및 배기 가스 세정 장치의 속성 및 크기(산소 저장 용량)에 맞춰질 수 있다.
도 2는 CAI 모드로부터 SI 모드/EIC 모드로의 전환 단계를 도시하며, 본 예시적인 실시예에서 상기 전환 단계는 3 개 사이클 m 내지 m+2에 걸쳐 진행되며, 다시 모든 압력 곡선에 걸쳐진 경사 라인에 의해 표시된다. 이러한 사이클들의 수는 본질적으로 달라질 수 있다. CAI 모드의 마지막 사이클은 후분사에 불구하고 전체적으로 여전히 희박하고, 약 1.1 내지 약 1.2의 람다값(λ)에 의해 실행된다. 후분사는 최종 자기-점화 후에 그리고 시간적으로 중간 압축 전에 및/또는 시간적으로 유출 밸브를 폐쇄하기 전에 발생한다.
제 1 스파크-점화 SI-사이클/EIC-사이클 m+1이 사이클 m에 이어진다. 이 사이클 m +1은 농후하게 실행되고, 바람직하게 약(0.7) 0.8 내지 약 0.9의 가능한 낮은 람다값(λ)에 의해 실행된다. 이어서 내연 기관의 SI 모드/EIC 모드의 후속 사이클들 m+2 (m+3)은 덜 농후하게 실행되고, 시간적으로 뒤의 사이클 m+3은 시간적으로 앞의 사이클 m+2보다 덜 농후하게 실행된다. 본 발명에 따르면, 가장 농후한 농후 사이클은 CAI 모드의 마지막 희박 사이클 m의 바로 뒤에 존재한다. 후속 사이클들 m+3 (m+4) 등에서, 내연 기관은 약 1의 람다값(λ)에 의해 다시 작동된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 후분사는 내연 기관의 부하에 의존하여 발생한다. 원칙적으로, 부피가 상대적으로 큰 후분사는 높은 부하에 관계되고 부피가 상대적으로 작은 후분사는 작은 부하에 관계된다. 이와 관련하여, 각각의 경우에 후 분사들은 그 부피가 거의(more or less) 지속적으로 내연 기관의 부하에 맞춰질 수 있다. 또한, 특성 제한 및/또는 특정 임계값으로부터 후분사를 수행하거나(높은 부하) 수행하지 않는 것이(낮은 부하) 가능하다. 또한, 부하에 따라 상이한 크기의 부피를 갖는 복수의 후분사들을 사용하는 것이 가능하다.
Claims (33)
- 내연 기관의 스파크 점화 모드와 상기 내연 기관의 자기 점화 모드 사이의 배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법으로서,
상기 내연 기관은, 준비 단계이자 시간적으로 상기 모드 전환 전인 스파크 점화 모드에서, 농후 혼합물(rich mixture, λ<1)에 의해 하나 이상의 실린더 사이클 동안 작동하고 그리고 후속적으로 동일한 실린더에서 희박 혼합물(lean mixture, λ>1)에 의해 하나 이상의 사이클 동안 작동되고,
상기 내연 기관이 후속적으로 상기 자기 점화 모드로 작동되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내연 기관이 농후 혼합물(λ<1)에 의해 작동되는, 준비 단계의 사이클들의 수는 촉매 변환기의 속성에 의존하는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내연 기관이 희박 혼합물(λ>1)에 의해 작동되는, 준비 단계의 사이클들의 수는 촉매 변환기의 속성에 의존하는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
전체 준비 단계에 대한 평균 람다값(λφ)이 0.95 내지 1.04가 되도록, 상기 준비 단계의 개개의 사이클들에서의 상기 내연 기관의 해당 람다값(λ)이 선택되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 평균 람다값(λφ)을 결정할 때, 상기 내연 기관 내로 유입되는 새로운 공기의 양이 고려되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내연 기관이 농후 혼합물(λ<1)에 의해 작동되는, 준비 단계의 사이클들의 적어도 일부에 있어서, 해당 사이클의 람다값(λ)이 0.7 내지 0.95인
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 준비 단계의, 희박 사이클(λ>1) 직전에 선행하는, 농후 사이클(λ<1)은
이전의 농후 사이클(λ<1)에서의 혼합물보다 더 농후한 혼합물에 의해 실행되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내연 기관이 희박 혼합물(λ>1)에 의해 작동되는, 준비 단계의 사이클에서, 해당 사이클의 람다값(λ)이 1.3보다 큰
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 준비 단계의 시간적으로 최종 사이클은, 상기 자기 점화 모드에서의 후속 연소에 대하여 최적인 잔류 가스 온도가 달성되도록, 희박 혼합물(λ>1)에 의해 실행되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 최적인 잔류 가스 온도를 설정할 때 상기 내연 기관의 원활한 실행이 고려되거나, 또는 엔진 실화(misfires)가 방지되거나, 또는 상기 내연 기관의 원활한 실행이 고려되고 엔진 실화가 방지되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 준비 단계에 시간적으로 선행하는 사이클의 람다값(λ)이 1.0인
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 내연 기관의 자기 점화 모드와 상기 내연 기관의 스파크 점화 모드 사이의 배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법으로서,
모드 전환 단계에 있어서 상기 자기 점화 모드의 마지막 사이클 동안 및 상기 스파크 점화 모드의 첫번째 사이클 동안 중 하나 이상 동안
연료가 상기 내연 기관의 하나 이상의 연소 챔버 내로 후분사되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 연료의 후분사가 시간적으로 마지막 자기 점화 후에 발생하는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 연료가 상기 연소 챔버 내로 후분사되는 것은
- 잔류 산소가 상기 연소 챔버에서 연료 성분들의 산화에 의해 이미 적어도 부분적으로 흡수되는 것 및 잔류 산소가 상기 내연 기관의 배기 매니폴드에서 적어도 부분적으로 흡수되는 것 중 하나 이상
- 상기 후분사에 의해 상기 내연 기관의 토오크에 어떠한 능동적인(active) 기여도 이루어지지 않는 것
- 상기 후분사가 토오크의 관점에서 중립인 방식으로 발생하는 것 및
- 상기 후분사의 시작에서 상기 연소 챔버의 유출 밸브가 여전히 폐쇄되거나 또는 이미 개방되도록 하는 것
중 하나 이상이 이루어지도록 조절되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 후분사에 의한 상기 내연 기관의 토오크에 대한 기여가 주 분사를 수정하는 것에 의해 보상되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 내연 기관이 희박 혼합물(λ>1)에 의해 작동되는, 모드 전환 단계의 사이클들의 수가 촉매 변환기의 속성에 의존하는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 내연 기관이 농후 혼합물(λ<1)에 의해 작동되는, 모드 전환 단계의 사이클들의 수가 촉매 변환기의 속성에 의존하는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 모드 전환 단계의 개개의 사이클들에서 상기 내연 기관의 해당 람다값(λ)은, 전체 모드 전환 단계에 대한 평균 람다값(λφ)이 0.93 내지 1.01이 되도록 선택되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 평균 람다값(λφ)을 결정할 때, 상기 내연 기관 내로 유입되는 새로운 공기의 양이 고려되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 자기 점화 모드의 마지막 희박 사이클(λ>1)의 람다값(λ)은 1.1 내지 1.2인
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 모드 전환 단계의 첫번째 농후 사이클의 람다값(λ)은 0.7 내지 0.9인
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 첫번째 농후 사이클에 시간적으로 후속하는, 상기 모드 전환 단계의 하나 이상의 사이클은 농후 혼합물에 의해 작동되고,
람다값(λ)은 이전의 농후 사이클의 람다값보다 더 높은
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 모드 전환 단계에 시간적으로 후속하는 사이클의 람다값(λ)은 1.0인
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
전체 준비 단계 또는 모드 전환 단계의 평균 람다값(λφ)은 상기 내연 기관의 하나의 실린더 또는 하나의 개별 실린더와 관련되거나 또는 상기 내연 기관의 복수의 실린더들과 관련되거나 또는
전체 준비 단계 또는 모드 전환 단계의 평균 람다값(λφ)은 상기 내연 기관의 모든 실린더들에 관련되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
준비 단계 또는 모드 전환 단계에서 하나 이상의 농후 사이클(λ<1) 및 하나 이상의 희박 사이클(λ>1)에 의해 생성된 연소 생성물들은
상기 내연 기관의 배기 매니폴드에서 서로 접촉하게 되어 상기 배기 매니폴드 내에서 적어도 부분적으로 혼합되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
준비 단계 또는 모드 전환 단계의 하나 이상의 농후 사이클(λ<1) 및 하나 이상의 희박 사이클(λ>1)의 조절이 배기 가스 세정 장치 및 배기 매니폴드 중 하나 이상의 속성, 크기, 또는 속성 및 크기에 맞춰지는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연 기관의 배기 매니폴드는 배기 가스 세정 장치의 상류의 부분에 형성되어
상이한 실린더들 또는 연속적인 사이클들 또는 상이한 실린더의 연속적인 사이클들의 연소 생성물들이 상기 상류의 부분에서 혼합될 수 있는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연 기관의 하나의 실린더 또는 복수의 실린더들의 준비 단계 또는 모드 전환 단계의 농후 사이클(λ<1) 및 희박 사이클(λ>1)은
생성된 연소 생성물들이 배기 매니폴드에서 조기에 서로 접촉될 수 있도록 조절되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
준비 단계 또는 모드 전환 단계의 농후 사이클(λ<1) 및 희박 사이클(λ>1)은
배기 매니폴드의 배기 가스 세정 장치의 하류에서 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소 산화물(NOx) 중 하나 이상의 누출(breakdown)이 없도록 조절되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
준비 단계 또는 모드 전환 단계 동안 생성된 오염물들(HC, CO; NOx)이 촉매 변환기에서 서로 반응하여 중화되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내연 기관이 EIC 모드에서 준비 단계 동안 또는 시간적으로 모드 전환 단계 후에 작동되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
실린더들 1, 3, 4 및 2의 4개-실린더 내연 기관의 통상적인 점화 순서에 의해, 준비 단계 또는 모드 전환 단계가 실린더 4에서 시간적으로 처음에 시작되는
배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 배출-최적화된 모드 전환을 위한 방법을 실행할 수 있는 제어 장치.
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